FAIR - vesmír v laboratoři

V několika minulých blozích jste si mohli přečíst detaily o výzkumu nejexotičtějších nebo dosud neznámých chemických prvků. Průzkum ovšem neprobíhá jen v Rusku nebo USA. (délka blogu 5 min.)

Projektu se neoficiálně říká „Vesmír v laboratoři“. Oficiální zkratka je FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research). Vědci si od něj slibují nové poznatky o struktuře hmoty a dokonce i vývoje vesmíru. Zařízení, které se staví v německém Darmstadtu, by mělo v laboratořích navodit mimo jiné stav, který by se vzdáleně přiblížil jevům při explozích supernov. 

Zařízení samozřejmě nebude mít jen tuto funkci. Vědci chtějí uskutečnit velké množství různých experimentů. Princip bude ovšem spočívat v kolizích “střel” (proudu částic nebo iontů) s materiálem terče, zhotoveného ze speciálního materiálu. Přitom budou vznikat různá exotická jádra atomů, která budou pak vědci zkoumat na dalších zařízeních. 

FAIR

Centrum, které se v současné době buduje v Darmstadtu, bude výsledkem mezinárodní spolupráce. Má se jí účastnit zhruba 3 000 vědců z více než 50 zemí. Na výstavbě a financování se podílí Německo, Finsko, Francie, Indie, Polsko, Rumunsko, Rusko, Slovinsko a Švédsko. Velká Británie je partnerem a Česká republika na partnerství aspiruje.

Celkově má projekt stát 3,1 miliardy euro. 

Stavba začala v létě 2017. A není to ledajaká stavba. V průběhu prací se musí odstranit nebo přemístit 2 000 000 m3 zeminy. Do stavby se investuje 600.000 m3 betonu a 65.000 tun oceli. To mimochodem odpovídá množství kovu, z jakého by se dalo sestrojit devět Eiffelových věží. 

Projekt si můžete prohlédnout na následujícím videu. V prvních třech minutách je znázorněn princip vědeckých experimentů, od třetí minuty uvidíte animaci postupujících stavebních prací. 

Urychlovač SIS100

Základem bude nový urychlovač SIS100, ve kterém se bude zaostřovat a urychlovat paprsek iontů, používaných v experimentech coby “střely”. K tomuto účelu bylo vyrobeno 110 dipólových supravodivých magnetů. 108 jich bude pracovních a dva náhradní. Pracovat budou při teplotě -269 °C, při které se projevují jejich supravodivé vlastnosti. 

V tomto zařízení se budou ionty urychlovat na více než 95 % rychlosti světla. Tunel urychlovače bude dlouhý 1100 metrů a bude ležet 17 metrů pod zemí. 

Staví se pomocí speciální konstrukční metody: po kouskách. Postupně se přitom zpracovávají různé úseky, dlouhé až 200 metrů. 

Uvedení do provozu je naplánováno na rok 2025.

Exotické supertěžké chemické prvky

Jedním z mnoha výzkumů, které se v tomto projektu budou provádět, je také výzkum a výroba supertěžkých chemických prvků, o kterých byla řeč v minulých pěti blozích. 

Chemické prvky, které jsou těžší než železo, nemohou vznikat v nitrech hvězd přímou syntézou - termojadernou fúzí, a to z jednoho jednoduchého důvodu: při jejich vzniku se energie spotřebovává a ne uvolňuje. Vznikají ve vesmíru zpravidla při explozi extrémně hmotné hvězdy, která končí svůj aktivní hvězdný život jako supernova. 

Jejich zrod je umožněn extrémně vysokou teplotou a tlakem při explozi a implozi železného jádra hvězdy. Dochází přitom k rozbití atomových jader lehčích prvků, zatímco se během krátkého časového úseku tvoří nejrůznější exotické jaderné “slepence”. Některé z nich jsou stabilnější a jiné méně stabilní. Procházejí řetězcem proměn, jejich výsledkem jsou pak nám dobře známé izotopy různých chemických prvků. 

Pokud chtějí vědci v laboratořích napodobit tento stav (a vyrobit tak nové dosud neznámé  supertěžké prvky), musí samozřejmě sáhnout po takových podmínkách, které by stavy při explozi supernovy alespoň vzdáleně připomínaly. Právě takové stavy bude moci imitovat nové zařízení. 

NUSTAR

Výzkum vlastností exotických jader je konkrétně cílem výzkumníků v experimentu NUSTAR - NUclear Structure, Astrophysics, and nuclear Reactions (jméno znamená v překladu - jaderná struktura, astrofyzika a jaderné reakce). 

Za tímto účelem zřídili několik experimentálních stanic s různými měřicími zařízeními. Společně budou využívat nový tzv. separátor fragmentů (Super FRS).

Je to přes sto metrů dlouhý objekt, který pomůže vytřídit z výsledků experimentu právě ta atomová jádra, která jsou nejvíce zajímavá a mají nejvyšší hmotnost. Bude to mimochodem nejefektivnější přístroj tohoto typu, jaký kdy lidstvo vyrobilo. 

Dále budou napojeny různé měřicí stanice a okruhy, ve kterých se vzácná těžká atomová jádra zachytí a budou v nich moci obíhat alespoň po dobu, než je vědci prozkoumají. V těchto prstencích se budou moci pohybovat i několik milionů oběhů. Bude se tak moci zjistit, jakou mají supertěžká jádra životnost, tvar nebo i vnitřní strukturu, doufají vědci. 

A to budou znalosti, které umožní lepší a komplexnější pohled na strukturu hmoty i vývoje samotného vesmíru. 

Obří prstenec, ve kterém bude ležet urychlovač, je už dokončen. Jeho supravodivé magnety prošly úspěšně zkouškami funkčnosti při později používaných nízkých teplotách (-269 °C). Zatímco stavět se budou různé budovy ještě šest roků, vědecká práce by mohla začít už během čtyř let. Můžeme se tedy brzy těšit na další nové objevy. 

Zdroje:https://www.gsi.de/forschungbeschleuniger/fair